[发明专利]直线振动电动机的控制系统

说明书

本发明涉及直线振动电动机的控制系统，特别是相对定子以均匀振幅直线驱动振动器的系统。

美国专利No.5632087公布了由带绕组的定子和带永久磁铁的振动器构成的直线振动电动机。驱动电流注入绕组与永久磁铁相互作用产生磁场使振动器相对于定子直线往复运动。相对于嵌在振动器中的永久磁铁附设线圈传感器，以产生表示振动器速度的电压，即，运动中的振动器现行幅度。基于现行幅度，进行控制来改变驱动电流以将振幅恒定保持在要求水平。但是，这种控制系统需要线圈传感器，导致成本升高并需要用于传感器的附加空间，使得难以用低价将振动电动机减小为紧凑结构。

另一个现有技术日本专利早期公开No.62-285655，此专利公开了由具有第一和第二绕组的振动器和具有永久磁铁的定子构成的、具有速度反馈控制的激励器。第一绕组用于单独接受驱动振动器的驱动电流，而第二绕组可选择地用于接受驱动电流以及检测表示振动器速度的电压以便根据该电压反馈控制激励器。通过开关进行功能选择，使第二绕组被切换作为传感器时，不用于驱动振动器，反之亦然。因此，激励器至少需要两个绕组，而这仍然阻碍缩小结构。

另外，日本专利早期公开No.49-77116公开了由带可动线圈的振动器和带永久磁铁的定子构成的音圈型直线电动机。可动线圈接受驱动电流由此被驱动振动并产生包括表示可动线圈速度的分量的电压。提供可动线圈的等效电路以产生对应于静态中的可动线圈电压的输出。将该输出与运动中的可动线圈电压相比较，以取得表示可动线圈速度的分量。在此现有技术中，等效电路给结构上增加了额外体积，导致难以达到直线电动机的紧凑设计。

鉴于上述问题，本发明已经实现提供一种直线振动电动机的控制系统，该系统能够取消检测电动机移动的独立传感器，从而减少元件数并降低制造成本及减小直线振动电动机的总体积。直线振动电动机包括设有一个永久磁铁和绕组的定子，以及设有另一个永久磁铁和绕组的振动器。向绕组注入驱动电流，产生与永久磁铁相互作用的磁场，使振动器线性地相对于定子作往复运动而产生振动。根据本发明的控制系统包括检测现行幅度即由振动器的位移、速度、或加速度表示的运动的控制器，并提供根据检测到的现行幅度以变化量向绕组注入驱动电流以保持振动器振动振幅恒定的接通(ON)时间段。控制器的特征在于提供一个关闭(OFF)时间段，其中控制器指示不注入驱动电流及检测加在绕组两端的电压并根据检测到的电压确定现行幅度。因此，绕组可很好地共同用于驱动电动机和检测振动器的现行幅度或运动，由此消除了用于检测振动器运动的附加传感器。

振动器以大体上固定的频率振动。由于知道频率，控制器提供第一关闭时间段，其被设为持续预定时间段，在此预定时期内要求振动器达到最大位移。然后，控制器确定在绕组两端的电压为零表示振动器达到最大位移时的第一关闭时间段内的基准时间。根据基准时间，控制器确定在距基准时间第一预定时间间隔之后的随后的接通时间段，并确定距基准时间第二时间间隔之后的随后的关闭时间段。因此，在关闭时间段中，每次电压为零时，基准时间可被更新，能够精确地提供用于持续控制直线电动机的随后的接通时间段以及关闭时间段。

优选地，在距基准时间预定时间后，控制器在检测时刻读出绕组两端电压，以便由电压确定振动器的现行幅度(ongoing amplitude)。

或者，控制器可设计成能获得关闭时间段内的时间差，该时间差是电压达到第一参考电压的第一时刻与电压达到与第一参考电压不同的第二参考电压的第二时刻之间的时间差。然后，控制器根据如此获得的时间差确定振动器的现行幅度。在此情况中，第一参考电压设置为零，这样控制器可以将第一时刻确定为基准时间。

另外，控制器可设计成能获得在距基准时间第一预定时间检测到的绕组第一电压与距基准时间第二预定时间检测到的绕组第二电压之间的电压差。第一和第二预定时间在关闭时间段内并互相不同。然后，控制器由如此获得的电压差确定振动器现行幅度。

关闭时间段可在每个振动周期内确定或交替地确定以便在多于一个振动周期内只出现一次。

驱动电流为脉冲宽度调制(PWM)信号形式，此信号具有对应于接通时间段的可变宽度。接通时间段被限制为具有最大宽度以提供一个振动周期内的关闭时间段。